CN113244570B - 平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质 - Google Patents

平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读存储介质。平衡训练系统具备：搭乘板，具有支承站立状态的训练者的脚掌的载置面；载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于所述搭乘板上的多个传感器，检测搭乘所述搭乘板的所述训练者的脚的位置；载荷传感器，检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；移动体，载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器；以及控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制所述移动体的移动，所述控制部，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置。

Description

平衡训练系统、其控制方法及存储有控制程序的计算机可读 存储介质
技术领域
本发明涉及平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
背景技术
日本专利第6260811号公报所公开的康复辅助装置具备：测力板，可供被实验者站立；载荷检测传感器，检测对测力板施加的被实验者的载荷；重心位置检测单元，根据由载荷检测传感器检测到的载荷检测被实验者的重心位置；以及驱动单元。在此，驱动单元与被实验者的重心的移动方向相对应地使测力板移动。
发明内容
通常，康复辅助装置在被实验者(训练者)搭乘于测力板并决定了初始的站立位置之后，使测力板与不使脚从该站立位置移动而使重心移动相联动地移动。由此，被实验者能够进行平衡训练。
然而，关联技术不过是检测被实验者的载荷，并没有检测被实验者的站立位置。因而，在关联技术中，在平衡训练中被实验者的站立位置变化了的情况下，尽管静止站立状态下的重心位置(成为基准的重心位置)伴随于站立位置的变化而变化，但不对站立位置的变化进行检测，成为基准的重心位置被维持为最初设定的位置。即，在实际的基准的重心位置与理论上的基准的重心位置之间产生偏差。由此，在关联技术中，无法高精度地控制伴随于被实验者的重心移动的测力板的移动，因此存在被实验者无法进行有效的平衡训练这一课题。
本发明是鉴于以上的背景而完成的，其目的在于，提供一种即便在训练者的站立位置变化了的情况下也能够进行有效的训练的平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
本发明的一实施方式的平衡训练系统，具备：搭乘板，具有支承站立状态的训练者的脚掌的载置面；载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于所述搭乘板上的多个传感器，检测搭乘所述搭乘板的所述训练者的脚的位置；载荷传感器，检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；移动体，载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器；以及控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制所述移动体的移动，所述控制部在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置。在该平衡训练系统中，即便在训练者的站立位置变化了的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再次设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，所以，训练者能够实施有效的平衡训练。
所述控制部优选构成为，基于所述训练者的重心位置相对于所述基准位置的变化方向及变化量，控制所述移动体的移动方向及移动量。
另外，所述移动体例如是跑步机的带，所述载荷分布传感器例如载置于所述跑步机的带上。
另外，所述移动体例如是移动台车，所述载荷分布传感器载置于所述移动台车上。
本发明的一实施方式的平衡训练系统的控制方法，包括如下步骤：使用由呈矩阵状地配置于搭乘板上的多个传感器构成的载荷分布传感器检测搭乘所述搭乘板的训练者的脚的位置，所述搭乘板具有支承站立状态的所述训练者的脚掌的载置面；使用载荷传感器，检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；以及基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器的移动体的移动，在控制所述移动体的移动的步骤中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置。在该平衡训练系统的控制方法中，即便在训练者的站立位置变化了的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再次设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，所以，训练者能够实施有效的平衡训练。
本发明的一实施方式的控制程序使计算机执行以下处理：使用由呈矩阵状地配置于搭乘板上的多个传感器构成的载荷分布传感器，检测搭乘所述搭乘板的训练者的脚的位置，所述搭乘板具有支承站立状态的所述训练者的脚掌的载置面；使用载荷传感器，检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；以及基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器的移动体的移动，其中，在控制所述移动体的移动的处理中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置。在该控制程序中，即便在训练者的站立位置变化了的情况下，通过基于变化后的训练者的站立位置重新设定基准位置，也能够根据重心位置相对于再次设定后的基准位置的变化而高精度地控制移动体的移动，所以，训练者能够实施有效的平衡训练。
根据本发明，能够提供一种即便在训练者的站立位置变化了的情况下也能够进行有效的平衡训练的平衡训练系统、其控制方法及控制程序。
本公开的上述和其他的目的、特征及优点将会根据下文给出的详细描述和附图而被更加充分地理解，附图仅以示意的方式给出，因此不应视为限制本公开。
附图说明
图1是实施方式1的平衡训练系统的概略立体图。
图2是图1所示的平衡训练系统的一部分的概略侧视图。
图3是用于说明图1所示的平衡训练系统的动作的图。
图4是用于说明图1所示的平衡训练系统的动作的图。
图5是实施方式2的平衡训练系统的概略立体图。
图6是图5所示的平衡训练系统的一部分的概略侧视图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但并非将要求保护的发明限定为以下的实施方式。另外，实施方式中说明的构成不一定都作为用于解决课题的手段而不可或缺。为了明确说明，以下的记载及附图适当省略及简化。在各附图中，对同一要素标注同一标号，根据需要省略重复说明。
<实施方式1>
图1是实施方式1的平衡训练系统100的概略立体图(从左斜后方观察到的图)。图2是平衡训练系统100的一部分的概略侧视图(从左侧观察到的图)。平衡训练系统100也可以称作平衡训练装置。
平衡训练系统100是用于患有偏瘫等障碍的训练者学习步行所需的重心移动，或者脚关节患有障碍的训练者使脚关节功能恢复的系统。例如，通过使希望使脚关节功能恢复的训练者900在取得平衡的同时持续搭乘平衡训练系统100，平衡训练系统100能够对训练者900的脚关节提供能够期待康复效果的程度的负荷。
具体而言，平衡训练系统100具备跑步机150、搭乘板152、载荷传感器153、载荷分布传感器154、控制部160以及扶手170。此外，以下的说明中的上下方向、左右方向、前后方向是以训练者900的朝向为基准的方向。
跑步机150至少具备环状的带(移动体)151、带轮155以及未图示的电动机。另外，在带151上配置有搭乘板152、载荷传感器153以及载荷分布传感器154。
搭乘板152是训练者900搭乘的搭乘部，具有支承站立状态的训练者900的脚掌的载置面。搭乘板152使用经得住训练者900的搭乘的刚度比较高的例如聚碳酸酯树脂制的矩形平板。搭乘板152经由配置于四角的载荷传感器153支承于带151的上表面。
载荷传感器153例如是测压元件，承担作为检测从站立于搭乘板152的训练者900的脚接受的载荷的检测部的功能。此外，载荷传感器153能够与使用后述的载荷分布传感器154检测从训练者900接受的载荷的情况相比更迅速地检测从训练者900接受的载荷。载荷传感器153配置于搭乘板152的四角，支承搭乘板152。
载荷分布传感器154由多个传感器构成，这些多个传感器呈矩阵状地配置于搭乘板152上。载荷分布传感器154通过使用多个传感器，能够检测从训练者900的脚接受的表面压力的分布。由此，载荷分布传感器154能够确定站立状态的训练者900的脚的位置(站立位置)。
扶手170设置成例如位于训练者900的侧面，以便在训练者900要失去平衡时或感到不安时能够抓住。
控制部160在训练开始前，基于由载荷分布传感器154检测到的训练者900的脚的位置，算出训练者900的基准位置BP。作为一例，基准位置BP位于将以右脚掌的后方的端部(脚后跟部分)为起点的右脚掌的长度的40％前方的位置和以左脚掌的后方的端部(脚后跟部分)为起点的左脚掌的长度的40％前方的位置连结的线段的中心。
另外，控制部160在训练开始前，基于由载荷传感器153检测到的从所述训练者900的脚接受的载荷，算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。需要说明的是，基准位置BP和重心位置CP0在结果上也可以处于相同位置。
之后，控制部160在平衡训练中，基于由载荷传感器153检测到的从所述训练者900的脚接受的载荷，定期地算出训练者900的重心位置CP1。
然后，控制部160通过使带轮155以与重心位置相对于基准位置BP的变化(即从重心位置CP0到重心位置CP1的移动向量)相应的速度、方向以及量进行旋转，从而使环状的带151旋转。伴随于带151的旋转，站立于带151之上的训练者900也移动。
在此，控制部160在由载荷分布传感器154检测到训练者900的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的训练者900的脚的位置重新算出基准位置BP(即更新基准位置BP)。另外，此时，控制部160重新算出站立位置变化后的训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。之后，控制部160如通常那样，定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。
然后，控制部160通过基于重心位置相对于更新后的基准位置BP的变化(即从更新后的重心位置CP0到重心位置CP1的移动向量)使带轮155旋转，从而使环状的带151旋转。
这样，在平衡训练系统100中，即便在搭乘跑步机150的训练者900的脚的位置变化了的情况下，通过基于变化后的训练者900的站立位置重新设定基准位置BP，也能够根据重心位置相对于再次设定后的基准位置BP的变化而高精度地控制带151的移动(旋转)，所以，训练者900能够进行有效的训练。
此外，平衡训练系统100通过使用载荷传感器153检测从训练者900接受的载荷，能够与使用载荷分布传感器154的情况相比更迅速地算出训练者900的重心位置。因而，平衡训练系统100能够更高精度地控制带151的移动。
接着，使用图3及图4，对平衡训练系统100的动作进行说明。
图3及图4是用于说明平衡训练系统100的动作的图。此外，图3中示出了训练者900的站立位置未变化的情况下的例子。图4中示出了训练者900的站立位置在训练中变化了的情况下的例子。
首先，使用图3对训练者900的站立位置未变化的情况下的例子进行说明。
训练者900在训练开始前，使脚底在带151的中央部的任意的位置接地而成为静止站立状态，当训练开始后，进行一边不使脚底从所接地的位置移动一边尝试重心移动从而取得平衡的训练。
控制部160在训练开始前，算出训练者900的静止站立状态下的基准位置BP及重心位置CP0。具体地说，控制部160基于由载荷分布传感器154检测到的训练者900的左右脚FT的位置算出训练者900的基准位置BP，并且根据由载荷传感器153检测到的搭乘板152从训练者900的左右脚FT接受的载荷，算出训练者900的初始的重心位置CP0。
当训练开始后，控制部160根据基于载荷传感器153的检测结果定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。在图3的例子中，训练者900在平衡训练中使体重与静止站立状态时相比向右斜前方倾斜。因而，重心位置CP1位于比初始的重心位置CP0靠右斜前方处。
控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置的移动向量(图3中的实线的箭头)，使带151旋转。伴随于带151的旋转，站立于带151之上的训练者900也移动。需要说明的是，在本例中，带151仅能够在前后方向上旋转。
图3所示的X轴，示出了以矩形状的搭乘板152的后方的端部为起点的情况下的重心的前后方向的位置。在图3的例子中，初始的重心CP0的位置是位置X0，重心CP1的位置是位置X1。控制部160根据位置X1与位置X0的差量使带151向前方或后方旋转。在图3的例子中，控制部160根据位置X1与位置X0的差量使带151向前方旋转。由此，站立于带151之上的训练者900也向前方移动。
接着，使用图4对训练者900的站立位置在训练中变化了的情况下的例子进行说明。
控制部160在训练开始前，算出训练者900的静止立位状态下的基准位置BP及重心位置CP0(在图4中未图示)。关于基准位置BP及重心位置CP0的算出方法，由于与图3的情况是同样的，所以省略其说明。
当训练开始后，控制部160根据基于载荷传感器153的检测结果定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1(在图4中未图示)。然后，控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置的移动向量，使带151旋转。
在此，在由载荷分布传感器154检测到训练者900的脚的位置变化了的情况下，控制部160基于变化后的训练者900的脚的位置FT重新算出基准位置BP(图4中的基准位置BP’)。另外，此时，控制部160重新算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0(图4中的重心位置CP0’)。即，控制部160在训练者900的脚的位置FT变化了的情况下，基于变化后的训练者900的站立位置，重新设定成为基准的重心位置CP0。
之后，控制部160如通常那样，根据基于载荷传感器153的检测结果定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1(图4中的重心位置CP1’)。在图4的例子中，训练者900在平衡训练中使体重与站立位置变化后的静止站立状态时相比向右斜前方倾斜。因而，重心位置CP1位于比重心位置CP0靠右斜前方处。
然后，控制部160根据从以基准位置BP为基准的重心CP0的相对位置到以基准位置BP为基准的重心CP1的相对位置的移动向量，使带151旋转。
这样，在平衡训练系统100中，即便在搭乘跑步机150的训练者900的脚的位置变化了的情况下，通过基于变化后的训练者900的站立位置重新设定基准位置BP，也能够根据重心位置相对于再次设定后的基准位置BP的变化而高精度地控制带151的移动(旋转)，所以，训练者900能够进行有效的训练。
<实施方式2>
图5是实施方式2的平衡训练系统200的概略立体图(从左斜后方观察到的图)。图6是平衡训练系统200的一部分的概略侧视图(从左侧观察到的图)。平衡训练系统200也可以称作平衡训练装置。
平衡训练系统200具备移动台车(移动体)250、搭乘板252、载荷传感器253、载荷分布传感器254、控制部260以及扶手270。搭乘板252、载荷传感器253、载荷分布传感器254、控制部260以及扶手270分别对应于搭乘板152、载荷传感器153、载荷分布传感器154、控制部160以及扶手170。此外，以下的说明中的上下方向、左右方向、前后方向是以训练者900的朝向为基准的方向。
移动台车250构成为将康复设施的地面等作为移动面而能够在该移动面上在前后方向上移动。另外，在移动台车250上配置有搭乘板252、载荷传感器253以及载荷分布传感器254。
扶手270设置成例如位于训练者900的侧面，以便在训练者900要失去平衡时或感到不安时能够抓住。
控制部260在训练开始前，算出训练者900的静止站立状态下的基准位置BP及重心位置CP0。当训练开始后，控制部260定期地算出训练者900的重心位置CP1。然后，控制部260通过使车轮255以与重心位置相对于基准位置BP的变化(即从重心位置CP0到重心位置CP1的移动向量)相应的速度、方向以及量进行旋转，而使移动台车250移动。伴随于移动台车250的移动，站立于移动台车250之上的训练者900也移动。
在此，在由载荷分布传感器254检测到训练者900的脚的位置变化了的情况下，控制部260基于变化后的训练者900的脚的位置重新算出基准位置BP。另外，此时，控制部260重新算出训练者900的静止站立状态下的重心位置CP0。即，控制部260在训练者900的脚的位置FT变化了的情况下，基于变化后的训练者900的站立位置重新设定成为基准的重心位置CP0。之后，控制部260如通常那样，定期地算出平衡训练中的训练者900的重心位置CP1。然后，控制部260通过基于重心位置相对于更新后的基准位置BP的变化(即从更新后的重心位置CP0到重心位置CP1的移动向量)使车轮255移动，从而使环状的带151旋转。
由此，平衡训练系统200能够起到与平衡训练系统100的情况同等程度的效果。
此外，本发明不限于上述实施方式1、2，能够在不脱离主旨的范围内适当变更。
在实施方式1中，以控制部160根据从重心CP0到重心CP1的移动向量使带151在前后方向上旋转的情况为例进行了说明，但不限于此。若带151构成为不仅在前后方向上能够旋转，在左右方向上也能够旋转，则控制部160可以根据从重心CP0到重心CP1的移动向量使带151沿前后左右旋转。
同样，在实施方式2中，以控制部260根据从重心CP0到重心CP1的移动向量使移动台车250在前后方向上移动的情况为例进行了说明，但不限于此。若移动台车250构成为不仅在前后方向上能够移动，在左右方向上也能够移动，则控制部260可以根据从重心CP0到重心CP1的移动向量使移动台车250沿前后左右移动。
另外，在实施方式1中，以控制部160内置于跑步机150的情况为例进行了说明，但不限于此。控制部160也可以设置于跑步机150的外部，还可以构成为能够对跑步机150进行远程操作。同样，在实施方式2中，以控制部260内置于移动台车250的情况为例进行了说明，但不限于此。控制部260也可以设置于移动台车250的外部，还可以构成为能够对移动台车250进行远程操作。
而且，在上述实施方式中，将本公开设为硬件的构成而进行了说明，但本公开不限定于此。本公开可以通过使CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)执行计算机程序来实现平衡训练系统的控制处理。
上述程序能够使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储并向计算机提供。非暂时性计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的例子包括磁存储介质(例如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可擦写光盘)及半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、快闪ROM、RAM(随机存取存储器)等)。上述程序可以使用任何类型的暂时性计算机可读介质来向计算机提供。暂时性计算机可读介质的例子包括电信号、光信号及电磁波。暂时性计算机可读介质能够将上述程序经由有线通信线(例如，电线和光纤)或无线通信线而向计算机提供。
根据这样描述的本公开，显而易见的是，可以以许多方式改变本公开的实施例。这样的变化不应被认为是背离本公开的主旨和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有这样的修改旨在包含于所附权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种平衡训练系统，具备：
搭乘板，具有支承站立状态的训练者的脚掌的载置面；
载荷分布传感器，具有呈矩阵状地配置于所述搭乘板上的多个传感器，检测搭乘所述搭乘板的所述训练者的脚的位置；
载荷传感器，检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；
移动体，载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器；以及
控制部，基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制所述移动体的移动，
所述控制部在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置，并基于所述训练者的重心位置相对于更新后的所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动。
2.根据权利要求1所述的平衡训练系统，其中，
所述控制部构成为，基于所述训练者的重心位置相对于所述基准位置的变化方向及变化量，控制所述移动体的移动方向及移动量。
3.根据权利要求1或2所述的平衡训练系统，其中，
所述移动体是跑步机的带，
所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器载置于所述跑步机的带上。
4.根据权利要求1或2所述的平衡训练系统，其中，
所述移动体是移动台车，
所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器载置于所述移动台车上。
5.一种平衡训练系统的控制方法，包括以下步骤：
使用由呈矩阵状地配置于搭乘板上的多个传感器构成的载荷分布传感器检测搭乘所述搭乘板的训练者的脚的位置，所述搭乘板具有支承站立状态的所述训练者的脚掌的载置面；
使用载荷传感器检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；以及
基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器的移动体的移动，
在控制所述移动体的移动的步骤中，在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置，并基于所述训练者的重心位置相对于更新后的所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动。
6.一种存储有控制程序的计算机可读存储介质，该控制程序使计算机执行以下处理：
使用由呈矩阵状地配置于搭乘板上的多个传感器构成的载荷分布传感器检测搭乘所述搭乘板的训练者的脚的位置，所述搭乘板具有支承站立状态的所述训练者的脚掌的载置面；
使用载荷传感器检测所述搭乘板从所述训练者接受的载荷；以及
基于由所述载荷分布传感器检测到的所述训练者的脚的位置算出基准位置，在此基础上基于由所述载荷传感器检测到的载荷算出所述训练者的重心位置，并且基于所述重心位置相对于所述基准位置的变化控制载置有所述搭乘板、所述载荷分布传感器及所述载荷传感器的移动体的移动，其中，
在控制所述移动体的移动的处理中，所述控制程序使计算机执行以下处理：在由所述载荷分布传感器检测到所述训练者的脚的位置变化了的情况下，基于变化后的所述训练者的脚的位置更新所述基准位置，并基于所述训练者的重心位置相对于更新后的所述基准位置的变化来控制所述移动体的移动。
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